تا قبل از معرفی سیستم تعیین موقعیت و ناوبری جهانی GNSS؛ تعیین موقعیت و تهیه نقشه از سطح زمین، منحصرا از طریق استفاده از دوربین های نقشه برداری انجام می‌شد. امروزه همچنان در شرایط خاص؛ نظیر برداشت در نقاط چالشی، دقت گیرنده های جی پی اس به علت عدم دید و دسترسی به ماهواره های GNSS و یا عدم دسترسی به تصحیحات اینترنتی ارسال شده از سامانه های ارسال اینترنتی تصحیحات نظیر سامانه شمیم، استفاده از این دوربین ها یک روش دقیق و پر کاربرد به شمار می‌آید.
🔹 کاربرد دوربین نقشه برداری
انواع دوربین های نقشه برداری مختصات نقاط را بصورت محلی (بر مبنای دیتوم محلی تعریف شده توسط کاربر در آن محدوده خاص) ارائه می کنند. این دوربین ها با استفاده از ساخت و ایجاد یک شبکه پیمایش، مختصات نقاط را نسبت به یک و یا چند نقطه دیگر (نقاط معلوم با مختصات شناخته شده)، ارائه می دهند. بطور مثال با قرار دادن آن ها روی یک نقطه خاص و تراز و سانتراژ کردن آن روی این نقطه، می توان به سایر نقاط مشاهده طول و زاویه انجام داده و با استفاده از روابط مرسوم در پیمایش، مختصات تمام نقاط موجود در شبکه تعیین موقعیت را نسبت به این نقطه با مختصات معلوم، محاسبه نمود.
نکته حائز اهمیت در این نوع از تعیین موقعیت این است که اگر مختصات جهانی دقیق نقطه را از طریق مشاهدات دستگاه گیرنده GNSS/GPS داشته باشیم (و یا مختصات دقیق نقطه مورد نظر از قبل مشخص باشد.)؛ می توانیم مختصات سایر نقاط را بصورت جهانی محاسبه کرده و بدست آوریم. بدین صورت که با داشتن مختصات دقیق نقطه از تعیین موقعیت به وسیله گیرنده GPS می توان با ساختن یک شبکه پیمایش و نسبت دادن زوایا و طول های اندازه‌گیری شده بین این نقطه معلوم و سایر نقاط شبکه، مختصات دقیق سایر نقاط را نسبت به این مختصات دقیق جهانی داشته باشیم. بنابراین کل شبکه بصورت جهانی، با دقت بالا مختصات دهی می شود.
البته از دوربین های نقشه برداری برای محاسبه اختلاف ارتفاع بین دو نقطه هم استفاده می شود. با توجه به اینکه دوربین نقشه برداری مورد نظر ما، زاویه، طول و یا هر دو را اندازه‌گیری می کند، میتوان این دوربین‌های نقشه‌برداری را به انواع زیر تقسیم بندی نمود. لازم به ذکر است که اگر علاقه مند به اطلاعات درباره انواع تجهیزات نقشه برداری هستید، به مقاله لینک شده مراجعه کنید.
شکل1: نقشه برداری با استفاده از دوربین
🔹 معرفی انواع دوربین های نقشه برداری و کاربرد آنها
یکی از راه های مقایسه دوربین های نقشه برداری، بر مبنای نوع عملکرد آنهاست. این دوربین ها به طور کلی به سه دسته ترازیاب، زاویه یاب و نوع سوم که از ترکیب این دو دوربین، بعنوان ابزاری برای اندازه گیری هم زمان اختلاف ارتفاع و زاویه، بکار برده می شود، یعنی ترازیاب-زاویه یاب تقسیم بندی می شوند. این دوربین ها بصورت عمومی به ترتیب؛ با نام های کلی نیوو، تئودولیت و توتال استیشن شناخته می شوند.
دوربین نقشه برداری برای انجام عملیات مختصات دهی و ارتفاع دهی به نقاط مختلف، احتیاج به داشتن دید مستقیم به نقاط مورد برداشت دارد. بنابراین موضوع حائز اهمیت در برداشت نقاط به وسیله ی این دوربین ها، امکان ایجاد دید مستقیم بین نقاط است.
💎 دوربین نقشه برداری نیوو
در انواع دوربین های نقشه برداری نیوو برای اندازه‌گیری اختلاف ارتفاع بین دو نقطه و تعیین ارتفاع نقطه مورد نظر نسبت به نقطه معلوم اولیه، استفاده می شوند (عملیات ترازیابی). برای یافتن ارتفاع مطلق هر نقطه، داخل شبکه ترازیابی لازم است تا ارتفاع نقطه مبداء (نقطه شروع ترازیابی) با دقت بالا معلوم باشد. به همین علت برای محاسبه ارتفاع مربوط به هر نقطه، غالبا از یک بنچ مارک (نقطه‌ای دائمی با مختصات دقیق معلوم) استفاده می شود یا در صورت عدم دسترسی به نقاط بنچ مارک در محدوده عملیات مورد نظر، با استفاده از گیرنده GPS/GNSS ارتفاع نقطه با دقت بالا اندازه گیری شده و بعنوان نقطه شروع عملیات ترازیابی استفاده می شود. ساختمان دوربین نیوو شامل دوربین، دو عدسی شیئی و چشمی است. روی عدسی شیئی دوربین های نیوو دو تار رتیکول قرار دارد که بر هم عمود هستند و در صورت تراز بودن دوربین با خط افق منطقه، کاملا افقی و عمودی هستند. با استفاده از این تارها که به تارهای رتیکول معروفند، می توان به راحتی فاصله بین دو نقطه را نیز محاسبه نمود. بنابراین در دوربین نقشه برداری نیو، علاوه بر اختلاف ارتفاع بین دو نقطه، می توان فاصله بین دو نقطه را نیز محاسبه نمود.
شکل2: دوربین نقشه برداری نیوو
💎 دوربین نقشه برداری تئودولیت
تئودولیت ها در تعیین زاویه (هم زاویه افقی و هم زاویه قائم) و فاصله کاربرد دارند. در واقع می توان با داشتن این دو پارامتر (زاویه و فاصله) با انجام عملیات پیمایش، با استفاده از دانستن مختصات یک نقطه به عنوان نقطه مرجع، مختصات سایر نقاط را مقدار‌دهی نمود. دوربین تئودولیت هم مانند دوربین نیوو شامل عدسی شیئی و عدسی چشمی است که دارای تارهای رتیکول عمود بر هم هستند، که برای انجام نشانه روی دقیق و انجام اندازه‌گیری ها و محاسبات مربوط به فاصله کاربرد دارند.
در مقایسه دوربین های نقشه برداری، دوربین های توتال استیشن که از ترکیب دو دوربین ترازیاب و زاویه یاب تشکیل شده اند، به منظور راحتی و سرعت انجام عملیات نقشه برداری، معرفی شدند. با استفاده از دوربین های Total Station می توان هم زمان ارتفاع، زاویه (هردو زوایه افقی و زاویه قائم) و فاصله افقی را اندازه گیری نمود. دوربین های توتال استیشن در ابتدای معرفی شدنشان به صورت اپتیکی عرضه می شدند اما امروزه در بازار، دوربین‌های توتال استیشنی وجود دارند که به دوربین‌های توتال استیشن دیجیتال معروف اند و کارهای مربوط به انجام عملیات دفتری نقشه برداری را با استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری مربوطه، بسیار سریع‌تر و راحت‌تر کرده اند.
علیرغم اینکه انجام کارهای عملیات نقشه برداری با دوربین های توتال استیشن دیجیتال که از نرم افزارهای کامپیوتری استفاده می کنند، بسیار سریع تر و راحت تر است اما دقت عملیات نقشه برداری با استفاده از دوربین های اپتیکی بسیار بیشتر از دوربین های دیجیتال است به همین علت هنوز در بسیاری از نقاط جهان از دوربین های اپتیکی استفاده می شود. اما دوربین های دیجیتال این مزیت را دارند که پس از انجام عملیات نقشه برداری می توان یک خروجی از داده های مورد نظر تهیه کرده و سپس با استفاده از نرم‌افزارهای نقشه برداری اقدام به تهیه نقشه نمود.
شکل4: دوربین نقشه برداری توتال استیشن
🔹 مقایسه دوربین های نقشه برداری از نظر روش کار
بعد از معرفی انواع دوربین های نقشه برداری و کاربرد آنها؛ توضیح اجمالی در مورد نحوه انجام عملیات نقشه برداری با استفاده از این دوربین ها، برای استفاده از آن ها در شرایط مختلف، حائز اهمیت است. بنابراین در زیر به شرح نحوه‌‌ی انجام عملیات نقشه برداری و با استفاده از این سه نوع دوربین نقشه برداری یعنی دوربین نیوو، دوربین تئودولیت و دوربین توتال استیشن پرداخته شده است:
در ادامه ابتدا به شرح نکات کلی درمورد فرایند کار با انواع دوربین های نقشه برداری و کابرد آنها در شرایط مختلف اشاره شده است و سپس به تفضیل در مورد نحوه کار با هر کدام از این دوربین ها پرداخته شده است.
مرحله اول در انجام عملیات با انواع دوربین های نقشه برداری، مشخص کردن مکان دقیق نقطه مورد برداشت و تراز و سانتراژ کردن دوربین روی این نقطه است که این روند به شرح زیر است:
ابتدا یک نقطه که ترجیحا مختصات آن را می دانیم و به تمام نقاط دیگر شبکه دید مستقیم دارد را بعنوان ایستگاه اصلی مرجع انتخاب می کنیم. سه پایه دوربین را روی نقطه ایستگاه مرجع، قرار داده و در زمین محکم می کنیم. سه پایه را با استفاده از دو تراز لوبیایی تعبیه شده روی سه پایه، تراز می کنیم. پس از تراز کردن سه پایه، دوربین نقشه برداری را روی آن فیکس و سپس دوربین را تراز می کنیم. ژالن گیر (فردی که وظیفه نگهداشتن ژالن را دارد) به همراه میر (شاخص) به نقاط مورد برداشت رفته و پس از تراز کردن ژالن به وسیله تراز نبشی، تراز بودن ژالن را به اپراتور دوربین نقشه برداری اعلام می کند و سپس اپراتور، اقدام به قراول روی به سمت نقطه می کند.
شکل5: دوربین تراز شده بر سه پایه نقشه برداری
💎 نحوه کار با دوربین نقشه برداری نیوو
در هر نقطه، دوربین را به میر قرار گرفته روی نقطه‌‌ی مورد برداشت، نشانه روی کرده و هر عددی که روی سطح شاخص، بر محل تقاطع دو تار رتیکول، روی عدسی قرار گیرد را یادداشت می کنیم. سپس فاصله زمینی بین نقطه و دوربین را با استفاده از متر اندازه گیری می کنیم. در این صورت می توان به راحتی اختلاف ارتفاع بین دو نقطه را محاسبه نمود. در این روش؛ با استفاده از دانستن اختلاف ارتفاع بین دو نقطه مورد برداشت و مرجع از روی اندازه‌گیری های مربوط به دوربین نیوو می توان زاویه شیب را محاسبه نمود. از آنجا که با استفاده از مترکشی و یا به وسیله روابط مثلثاتی موجود، می توان فاصله مایل بین دو نقطه را محاسبه کرد. با دانستن زاویه شیب و یا با استفاده از اختلاف ارتفاع موجود بین دو نقطه، می توان به راحتی فاصله مایل بین دو نقطه را نیز به فاصله افقی بین آن دو نقطه تبدیل نمود. با تکرار این عملیات بین تمام نقاط شبکه، می توان به انجام عملیات نقشه برداری پرداخته و بدین نحو یک شبکه را ترازیابی نمود.
💎 نحوه کار با دوربین نقشه برداری تئودولیت
از آنجا که می توان با استفاده از دوربین تئودولیت، هم زوایای افقی و هم زوایای عمودی را اندازه گرفت، دو بخش زیر را برای توضیح سازوکار انجام عملیات با استفاده از این دوربین خواهیم داشت:
برای به دست آوردن زاویه افقی بین دو نقطه؛ ابتدا روی یک نقطه نشانه‌روی کرده و عدد روی لمب افقی را یادداشت می‌کنیم (و یا در بعضی از انواع تئودولیت، دوربین را روی این زاویه قفل می‌کنیم) از آنجا که می‌خواهیم زاویه بین دو نقطه را اندازه‌گیری کنیم. در واقع با این کار، مبداء اندازه‌گیری را روی این نقطه قرار می‌دهیم. سپس قراوولروی دوربین را به سمت نقطه دیگری (نقطه مورد نظر بعدی که می‌خواهیم زاویه افقی بین آن با نقطه مبداء را محاسبه کنیم.) انجام داده و دوباره عدد روی لمب را یادداشت می‌کنیم. با کم کردن دو عدد، زاویه افقی بین دو نقطه به دست می‌آید. (اگر دوربین را روی زاویه قبلی قفل کرده باشیم، مقدار اضافه شده به زاویه در نشانه روی به نقطه بعدی، همان مقدار زاویه‌‌ی بین دو نقطه است.)
به منظور به دست آوردن زاویه قائم بین دو نقطه؛ ابتدا دوربین را روی خط افق تراز می‌کنیم و سپس به نقطه مورد نظر، قراول‌روی می‌کنیم و زاویه عمودی را یادداشت می‌کنیم که ممکن است زیر سطح افق یا بالای سطح افق باشد. از آنجا که زوایای افقی و عمودی بین دو نقطه محاسبه شده‌است به راحتی میتوان با نوشتن روابط ریاضی ساده مثلثات، اختلاف ارتفاع، فاصله افقی و فاصله مایل نقطه مورد نظر تا ایستگاه قرارگیری دوربین تئودولیت را به دست آورد.
💎 نحوه کار با دوربین total station
از آنجا که این دوربین نقشه‌برداری؛ در واقع ترکیب دو دوربین نیوو و تئودولیت است و در بین انواع دوربین های نقشه برداری یکی از قوی ترین دوربین ها به شمار می آید، معمولا با استفاده از یک طولیاب الکترونیک (EDM) تجهیز شده است. با استفاده از روابط موجود در تعیین موقعیت به وسیله دوربین های نقشه برداری ترازیاب و زاویه‌‌یاب به راحتی می‌تواند هم‌زمان به اندازه‌گیری ارتفاع، زاویه، فاصله افقی و فاصله مایل بپردازد. با توجه به آن چیزی که در این دو نوع دوربین توضیح داده شد، میتوان بطور هم‌زمان اندازه‌گیری زاویه، طول و ارتفاع را به وسیله‌‌ی توتال استیشن‌ها انجام داد. بنابراین total station ها کاملترین نوع دوربین‌هایی هستند که برای انجام کارهای نقشه‌برداری پیشنهاد می‌شوند.
با توجه به اینکه هر کدام از این دوربین‌های نقشه‌برداری بر مبنای دقت اندازه‌گیری‌هایشان، ویژگی‌ها و … به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند، موضوع حائز اهمیت در انتخاب دوربین مناسب برای انجام یک عملیات خاص، انتخاب دوربین بر اساس دقت مورد انتظار از عملیات، حجم و مساحت پروژه، ابزار و شرایط انجام عملیات و… می‌باشد. برای انتخاب دوربین موردنیاز، مطالعه اطلاعات و ویژگی‌های مربوط به هر دوربین، بسیار کمک کننده خواهدبود.
همگام با فناوری‌های روز دنیا
